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专利号: 2023114146347
申请人: 无锡学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种搅拌釜反应器的非线性间歇过程的鲁棒控制方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、建立搅拌釜反应器模型的动力学方程;

S2、基于搅拌釜反应器模型的动力学方程,建立搅拌釜反应器的状态空间模型;

S3、根据搅拌釜反应器的状态空间模型,离散化得到搅拌釜反应器的离散线性模型;

S4、基于搅拌釜反应器的离散线性模型,构建搅拌釜反应器的模糊系统;

S5、基于搅拌釜反应器的模糊系统,建立搅拌釜反应器闭环二维模糊系统;

S6、分析搅拌釜反应器闭环二维模糊系统的性能,得到搅拌釜反应器闭环二维模糊系统的性能分析结果;

S7、基于搅拌釜反应器闭环二维模糊系统的性能分析结果,对搅拌釜反应器闭环二维模糊系统进行优化。

2.根据权利要求1所述的搅拌釜反应器的非线性间歇过程的鲁棒控制方法,其特征在于,步骤S1中的搅拌釜反应器模型的动力学方程包括物质A的浓度变化率 温度的变化率具体为:其中, 为物质A的浓度变化率, 为温度的变化率,CA是物质A当前的浓度,CAf表示搅拌釜反应器进料时物质A的浓度,q为进料流量,V为再循环体积,k0为反应速度常数,E0/R0为Arrhenius活化能与气体常数的比值,T代表反应器温度,Tc是冷却剂温度,Tf为进料时温度,‑ΔH是反应的热效应,即热反应释放或吸收的热量变化,ρ为物质的密度,Cp为物质的定压热容,U表示传热系数反应器表面积的乘积,Vρ为搅拌釜的有效体积与物料密度的乘积,A为搅拌釜反应器的表面积。

3.根据权利要求1所述的搅拌釜反应器的非线性间歇过程的鲁棒控制方法,其特征在于,步骤S2中的搅拌釜反应器的状态空间模型的表达式为:n m l

其中,x(t,k)∈R ,u(t,k)∈R 和y(t,k)∈R分别表示第k批次瞬间t的状态、输入和输出向量;Td是一个批次的时间周期;f[x(t,k),u(t,k)]和g[x(t,k)]表示具有适当维度的非线性函数。

4.根据权利要求1所述的搅拌釜反应器的非线性间歇过程的鲁棒控制方法,其特征在于,步骤S3中的离散线性模型的表达式如下:表达式中,θ(t,k)=[θ1(t,k),θ2(t,k),...,θp(t,k)]表示前提变量向量,Mij(i=1,

2,...,r;j=1,2,...,p)为模糊集,r为模糊规则数,p为前提变量数;

以x(0,k)=x0为每批的初始条件,w(t,k)表示属于L2空间的扰动,{Ai,Bi,Ci}由维数相同的系统矩阵组成;

假定所有模糊子系统的输出矩阵为常值,即C1=C2=...=Cr;

{ΔAi(t),ΔBi(t)}表示不确定性项的形式为:T

[ΔAi(t)  ΔBi(t)]=EΔ(t)[FAi FBi],Δ(t) Δ(t)≤I其中,E、FAi和FBi是维数的已知实常数矩阵,Δ(t)表示取决于时间t的不确定扰动;

将μi(θ(t,k))表示为推断模糊集 的归一化模糊基函数,定义为:其中,Mij(θj(t,k))为Mij中θj(t,k)的隶属度。

5.根据权利要求1所述的搅拌釜反应器的非线性间歇过程的鲁棒控制方法,其特征在于,步骤S4具体为:将非零平衡表示为 并引入和y=x2作为系统状态、输入和输出变量;

设置采样时间为0.05min,通过考虑不确定性和非重复扰动得到跟随模糊系统,模糊系统矩阵为:

6.根据权利要求1所述的搅拌釜反应器的非线性间歇过程的鲁棒控制方法,其特征在于,步骤S5包括定义批次k的跟踪误差:e(t,k)=yd(t)‑y(t,k)

其中,yd(t)是参考轨迹向量,跟踪误差e(t,k)用于调整下一批的输入向量,使实际输出y(t,k)逐渐逼近参考轨迹向量;

搅拌釜反应器闭环二维模糊系统的表达式为:

7.根据权利要求1所述的搅拌釜反应器的非线性间歇过程的鲁棒控制方法,其特征在于,步骤S6具体为:S61、根据给定标量和对称矩阵设置一组条件,为二维闭环模糊系统进行性能分析;

S62、设置模糊Lyapunov函数,并计算其沿着系统轨迹的值;

S63、回顾步骤S61设定的条件,确定一组满足设定条件的值;

S64、将这组值进行求和,并通过比较证实函数沿状态轨迹递减;

S65、对于任意非零值,查看在零边界条件下的二维H‑infinity性能。